一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法及裝置製造方法

2023-05-01 14:02:56

一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法及裝置，其步驟：A、原汙水收集與前處理：引排溝渠中的原汙水由連接沉澱池的調控閥和汙水泵抽取進入沉澱池，原汙水在沉澱池中去除其中懸浮物及泥沙；B、水位提升：在沉澱池中經預處理的原汙水由汙水泵將水提升至高位槽；C、深度處理：高位槽經調控閥控制出水後，預處理水在快滲池填料層，達到對汙水處理。沉澱池通過管道上的汙水泵和調控閥與引排溝渠相連，汙水泵與沉澱池相連，出水經汙水泵與高位槽相連，高位槽與進水管道連接，進水管道通過管道上的調控閥與快滲池相連，穿孔布水管與出水管道相連。保證了CRI系統對氮、磷及COD的去除。結構簡單，使用方便，可實現對汙水的高效淨化。
【專利說明】一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法及裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及利用人工快速滲濾系統去除汙水中氮的【技術領域】，更具體涉及一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水方法，還涉及一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水的裝置，它適用於處理我國大部分農村、小城鎮的生活汙水。

【背景技術】
[0002]隨著經濟的快速發展以及人類活動日益增強，越來越多的工業廢水、生活汙水、生活垃圾以及農藥等各種汙染物排放到自然水體中，對水資源產生了不同程度的汙染。人們在追求經濟利益的同時，社會對水的需求不斷增加，然而，我國居民環保意識薄弱，降水量南北差異大，用水效率低等因素不斷加劇我國水資源供需的緊張情勢，致使我國水資源問題也向多樣化發展，點源與面源汙染問題日漸突出，突發性水汙染事件頻發，水生態安全受到威脅，水問題疊加和累積影響越來越嚴重等。
[0003]實施汙水處理無害化、資源化，處理與利用相結合，人工處理與自然處理並行的技術，是完全符合我國現有國情的。具體而言，大城市生活汙水水量大，汙水成分複雜，其市政經濟承受能力強，應以人工處理為主，實行集中處理；而中小城市、城鎮、農村的生活汙水，成分簡單，應實施以土地處理等技術為主的無害化、資源化汙水處理政策。可以預見，汙水處理無害化、資源化的實施，一方面，將使我國有限的水資源量大為增加；另一方面，它將使我們的水環境得以淨化，進而實現資源、經濟、環境、社會全面可持續性發展的戰略目標。
[0004]人工快速滲濾系統(CRI系統)作為土地處理系統的一種，具有不受地域地形限制，佔地面積小，投資費用低，處理負荷高等優勢。因此，有必要深入研究使之成為成熟、經濟、高效的汙水土地處理工藝，為我國小城鎮生活汙水以及受汙染河水治理以及汙水資源化做出貢獻。人工快速滲濾系統作為一種新興工藝，目前關於環境因素及運行參數對處理效果的影響認識仍然不足，其汙染物的去除機理研究也不充分，這些都會對CRI系統在實際工程中的穩定運行造成不利影響。
[0005]因此，關於CRI系統的具體運行參數、實際運行效率等方面還有諸多待改進之處。目前優化CRI系統處理效率的研究主要是從吸附介質的選擇和CRI結構的設計出發，關於進水方法對CRI系統處理效率影響的研究較少。根據我們之前的研究，採用區別於傳統進水方法的分段進水方法，能夠有效地提高CRI系統脫氮效率(參見環境工程學報，汪貴和、方濤等《分段進水方法對人工快滲系統脫氮效率的影響》)。但是分段進水方法存在水力負荷較低的缺點，並且由於快滲池不同層微環境的不同，針對不同的來水水質，需要選取適當的分段進水位置及進水比例，才能夠提高CRI系統對氮的去除率，這就增加了在實際運行過程中的工作量。
[0006]在本發明中， 申請人:提出了一種提高CRI系統脫氮效率的進水方法及裝置。


【發明內容】

[0007]本發明的目的是在於提供了一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水方法，能夠提高人工快速滲濾系統脫氮效率。區別於傳統下行流進水方法，即汙水自上而下通過滲濾介質，本發明所涉及的一種上行流進水方法，是在CRI系統中採用底層進水，表層出水的方式。採用上行流進水方法，CRI系統對氨氮及總氮的去除率明顯高於常規進水方法，並且隨著進水負荷的增加，氨氮及總氮的去除率也逐漸增大。CRI系統常規進水方法對總磷、COD等有較高的去除率，但氮的去除率較低。將提出的上行流進水與傳統的下行流結合，方法易行，操作簡便，保證了 CRI系統對氮、磷及COD的去除。
[0008]本發明的另一個目的是在於提供了一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置，該裝置佔地面積小，造價低廉，結構簡單，使用方便，可實現對汙水的高效淨化。
[0009]一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法，其步驟是:
(O原汙水收集與前處理:引排溝渠中的原汙水由連接沉澱池的調控閥和汙水泵抽取進入沉澱池，原汙水在沉澱池中可去除其中懸浮物及泥沙，同時漂浮植物表面附著的微生物及其本身對營養鹽的吸收，可去除部分N、P、BOD及COD ；
(2)水位提升:在沉澱池中經預處理的原汙水由汙水泵將水提升至高位槽，儲於高位槽中的水在需要時可經調控閥在重力作用下直接進入快滲池。
[0010](3)深度處理:高位槽經調控閥控制出水後，進入進水管道，再經穿孔布水管均勻布水，預處理水在快滲池填料層(填料分五層，表層為粒徑1.5-2 mm的天然河沙，第二層為粒徑2-4 mm天然河沙,第三層為粒徑20-100 mm的鵝卵石,第四層為粒徑4-8 mm的粗砂，第五層為粒徑20-100 mm的鵝卵石中)從底層向表層滲濾，並最終由表層出水進入出水管道，並重新將處理後的水排入引排溝渠，達到對汙水深度處理的效果。
[0011]一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置:該裝置包括沉澱池、高位槽、快滲池、調控閥、引排溝渠、原汙水、汙水泵、進水管道、穿孔布水管、出水管道、填料(表層為粒徑1.5-2 mm的天然河沙，第二層為粒徑2_4 mm天然河沙，第三層為粒徑20-100 mm的鵝卵石，第四層為粒徑4-8 mm的粗砂，第五層為粒徑20-100 mm的鵝卵石)。其特徵在於:沉澱池通過管道上的汙水泵和調控閥與引排溝渠相連，引排溝渠通過調控閥調控原汙水進入沉澱池的水量，並經汙水泵與沉澱池相連，原汙水在沉澱池沉澱後，出水經汙水泵與高位槽相連，提水至高位槽，高位槽與進水管道連接，且高位槽出水經調控閥控制進入進水管道的水量，並經進水管道與快滲池相連，進水管道與快滲池底端穿孔布水管連接，穿孔布水管將水分配至快滲池中，停留I天后，經出水管道直接排入引排溝渠。
[0012]快滲池為高度為2m，長寬為I m的水泥池，其中填有吸附填料，填料的深度為1.7m(填料層從上至下分五層:上層填充400 mm粒徑為1.5-2 mm的天然河沙,第二層填充500mm粒徑為2-4 mm天然河沙,第三層填充100 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石,第四層填充400 mm粒徑為4_8 mm的粗砂,第五層填充300 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石),且在快滲池不同深度(底層1.7 m和表層0.2 m深處)設置有穿孔布水管，並通過進水管道與高位槽連接。具體實施時，當採用上行流進水方法時，關閉表層0.2 m深處的穿孔布水管，汙水經進水管道進入底層1.7m深處的穿孔布水管，均勻布水後的汙水從填料層底層向表層滲濾進行處理，處理後的水從表層0.2 m排出進入出水管道；當需要對比常規進水方法時，關閉底層1.7 m深處的穿孔布水管，汙水經進水管道進入表層0.2 m深處的穿孔布水管，均勻布水後的汙水從填料層表層向底層下滲進行處理，處理後的水從底層1.7 m排出進入出水管道。
[0013]一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置的具體構建過程如下:
Cl)人工快速滲濾系統的構建，生活汙水經過沉澱池、高位槽和快滲池沉澱；
(2)人工快速滲濾系統中快滲池進水、出水管道的布置，在快滲池表層與底層鋪設進、出水管道，其中進水管道為多孔布水管。
[0014](3)快滲池滲濾介質篩選，常用介質填料包括活性炭、天然沸石、生物陶粒、鋼渣、粗砂(粒徑為4-8 mm)。
[0015](4)利用普通生活汙水將快滲池成功掛膜後，優化人工快速滲濾系統運行參數，包括溼幹比(溼/幹=4:1-1:4)、滲濾層厚度(1-2 m)、水力負荷(0.5-5 m/d)等。
[0016](5)CRI系統分別採用傳統進水方法和上行流進水方法，對比兩種進水方法對人工快速滲濾系統脫氮效率的影響。
[0017](6)進水在快滲池停留I天后，分取進水和出水水樣，測試水樣中總氮和氨氮含量，並計算去除率，根據去除率高低得到較優進水方法。
[0018]TN:鹼性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；NH3-N:納氏試劑比色法；
去除率=(進水水質一出水水質)/進水水質XlOO %。
[0019]本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果: 本發明可以有效地提高人工快速滲濾系統脫氮效率，從而為農村、小城鎮受汙染水體治理做出更大貢獻，也為進一步完善和改進人工快速滲濾系統處理效果提供思路和參考，同時，本發明所涉及的上行流進水方法具有以下優點:
(I)CRI系統採用上行流的進水方法繼承了傳統進水方法下CRI系統的優勢，如不受地域地形限制，佔地面積小，投資費用低，處理負荷高等優勢。
[0020](2)採取上行流的進水方法有利於汙水更均勻的充滿池體並與填料充分接觸，在一定程度上有利於確保出水水質的穩定，另外從CRI系統表層出水有利於跟空氣的對流，從而增加氧交換的比例，保證出水中含有一定濃度的氧。
[0021](3)因地制宜，可在有汙水排放的河道附近進行原位修復，不造成二次汙染，對汙水預處理要求低。
[0022](4)由於快滲池表層更易與大氣接觸，復氧過程更易發生，從而保證快滲池表層含有一定濃度的氧，有利於硝化作用的進行，提高氨氮的去除率，預計氨氮的去除率可達到70%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法的流程示意圖。
[0024]原汙水I經汙水泵2提升至沉澱池A靜置24 h後再次提升至高位槽B，預處理汙水從高位槽B沿管路流入快滲池C，經快滲池C處理I天后出水。
[0025]圖2為一種快滲池C結構示意圖。
[0026]該實施例中CRI系統中快滲池C填料的深度為1.7 m (填料層從上至下分五層:上層填充400 mm粒徑為1.5-2 mm的天然河沙,第二層填充500 mm粒徑為2_4 mm天然河沙,第三層填充100 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石,第四層填充400 mm粒徑為4-8 mm的粗砂，第五層填充300 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石。)
圖3為一種人工滲濾系統主要處理裝置示意圖。
[0027]其中包括沉澱池A，高位槽B，快滲池C，，調控閥D，引排溝渠E，調控閥F，原汙水1，汙水泵2，汙水泵3，進水管道，4，穿孔布水管5，出水管道6，填料7 (表層為粒徑1.5-2 mm的天然河沙，第二層為粒徑2-4 mm天然河沙，第三層為粒徑20-100 mm的鵝卵石，第四層為粒徑4-8 mm的粗砂，第五層為粒徑20-100 mm的鵝卵石)。其連接關係為:引排溝渠E通過調控閥D調控原汙水I進入沉澱池A的水量，並經汙水泵2與沉澱池A相連，原汙水I在沉澱池A沉澱後，出水經汙水泵3與高位槽B相連，提水至高位槽B，高位槽B與進水管道4連接，且高位槽B出水經調控閥F控制進入進水管道4的水量，並經進水管道4與快滲池C相連，進水管道4與快滲池C底端穿孔布水管5連接，穿孔布水管5將水分配至快滲池C中，停留I天后，經出水管道6直接排入引排溝渠E。

【具體實施方式】
[0028]現將本發明的具體實施例進一步說明於後。
[0029]實施例1:
根據圖1可知，一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法，其步驟是:
(O原汙水收集與前處理:引排溝渠E中的原汙水I由連接沉澱池A的調控閥D和汙水泵2抽取進入沉澱池A ;原汙水I在沉澱池A中可去除其中懸浮物及泥沙，同時漂浮植物表面附著的微生物及其本身對營養鹽的吸收，可去除部分N、P、BOD及COD ；
(2)水位提升:在沉澱池A中經預處理的原汙水I由汙水泵3將水提升至高位槽B，儲於高位槽B中的水在需要時可經調控閥F在重力作用下直接進入快滲池C。
[0030](3)深度處理:高位槽B經調控閥F控制出水後，進入進水管道4，再經穿孔布水管5均勻布水，預處理水在快滲池C填料層(填料7共1.7 m深，從上至下分五層，表層為粒徑1.5-2 mm的天然河沙,第二層為粒徑2-4 mm天然河沙,第三層為粒徑20-100 mm的鵝卵石，第四層為粒徑4-8 mm的粗砂，第五層為粒徑20-100 mm的鵝卵石中)從底層向表層滲濾，並最終由表層出水進入出水管道6，並重新將處理後的水排入引排溝渠E，達到對汙水深度處理的效果。
[0031]實施例2:
根據圖2、圖3可知，一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置:它包括沉澱池A,高位槽B，快滲池C，調控閥D，引排溝渠E，調控閥F，原汙水1，汙水泵2，汙水泵3，進水管道4，穿孔布水管5，出水管道6，填料7 (表層為粒徑1.5-2 mm的天然河沙，第二層為粒徑
2-4 mm天然河沙，第三層為粒徑20-100 mm的鵝卵石，第四層為粒徑4-8 mm的粗砂，第五層為粒徑20-100 mm的鵝卵石)。其特徵在於:沉澱池A通過管道上的汙水泵2和調控閥D與引排溝渠E相連，引排溝渠E通過調控閥D調控原汙水I進入沉澱池A的水量，並經汙水泵2與沉澱池A相連，原汙水I在沉澱池A沉澱後，出水經汙水泵3與高位槽B相連，提水至高位槽B，高位槽B與進水管道4連接，且高位槽B出水經調控閥F控制進入進水管道4的水量，進水管道4通過管道上的調控閥F與快滲池C相連，進水管道4與快滲池C底端穿孔布水管5連接，穿孔布水管5與出水管道6相連，穿孔布水管5將水分配至快滲池C中，停留I天后，經出水管道6直接排入引排溝渠E。
[0032]所述的高位槽B為長方體水泥池，高度為6 m，長寬為2 m。高位槽可用來儲存經過預處理的汙水，並能夠直接依靠重力作用向快滲池供水。高位槽B水深維持在4 m以上以保證足夠出水負荷。
[0033]所述的穿孔布水管5在底層1.7 m深處為一縱三橫水管(在水管上均勻布有直徑為2 mm的小孔)，其中一縱管與進水管道4連接，表層穿孔布水管5同深層(底層穿孔布水管5在上行流進水方法時使用，表層穿孔布水管5在下行流進水方法時使用)。
[0034]快滲池C為高度為2 m，長寬為I m的水泥池，其中填有吸附填料7，填料7的深度為1.7 m (填料層從上至下分五層:上層填充400 mm粒徑為1.5-2 mm的天然河沙，第二層填充500 mm粒徑為2-4 mm天然河沙,第三層填充100 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石,第四層填充400 mm粒徑為4-8 mm的粗砂,第五層填充300 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石)，且在快滲池C不同深度(底層1.7 m和表層0.2 m深處)設置有穿孔布水管5，並通過進水管道4與高位槽B連接。具體實施時，當採用上行流進水方法時，關閉表層0.2 m深處的穿孔布水管5，汙水經進水管道4進入底層1.7 m深處的穿孔布水管5，均勻布水後的汙水從填料層底層向表層滲濾進行處理，處理後的水從表層0.2 m排出進入出水管道6 ;當需要對比常規進水方法時，關閉底層1.7 m深處的穿孔布水管5，汙水經進水管道4進入表層0.2m深處的穿孔布水管5，均勻布水後的汙水從填料層表層向底層下滲進行處理，處理後的水從底層1.7 m排出進入出水管道6。
[0035]一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置的具體構建過程如下:
(I)人工快速滲濾系統的構建，原汙水I經汙水泵2提升至沉澱池A靜置24 h後再次提升至高位槽B，汙水從高位槽B沿管路流入快滲池C。
[0036]所建中試沉澱池A 高度為2 m,長寬分別為4 m和3 m,水深維持在1-1.5 m,汙水在其中停留I天。
[0037]所建高位槽B為長方體，高度為6 m，長寬為2 m，水深維持在4 m以上以保證足夠出水負荷。
[0038]所建的快滲池C共7個單池(6用I備)，高度為2 m，長寬為I m，其中填料深度為1.7 m，填料共5層，從表層至底層分別為天然河砂(細沙)、天然河砂(中沙)、鵝卵石、粗砂、鵝卵石。各層厚度從上至下分別為0.4,0.5,0.1,0.4,0.3米。
[0039](2)人工快速滲濾系統中快滲池C進水、出水管道6的布置，在快滲池C中設置進水管道4，本發明中採用底層進水方法，預處理水經高位槽B流出後，通過管道進入快滲池C底部進水口，進水管道5為一縱三橫多孔步水管，進入快滲池C後慢慢向上淹沒上層填料，最後保持高於填料10 cm,汙水在快滲池C停留I天后，從出水管道6出水，出水管道6設置在表層介質中間，即表層填料深20 cm處。
[0040](3)快滲池C滲濾介質篩選，常用介質包括活性炭、天然沸石、生物陶粒、鋼渣、粗砂，本發明實施例1中第四層所用吸附介質為粗沙(粒徑4-8 mm)，它的孔隙率和含水率分別為 39.01%, 11.59%。
[0041](4)利用普通生活汙水將快滲池掛膜後，優化人工快速滲濾系統運行參數，包括溼幹比(溼/幹=4:1-1:4)、滲濾層厚度(1-2 m)、水力負荷(0.5-5 m/d)等。在已有研究基礎上(環境工程學報，2012,方濤等，新型人工快速滲濾系統處理村鎮汙水工藝參數優化)，本實施例選擇溼幹比為1:2,滲濾層厚度為1.7m,水力負荷為0.8-1.2 m/d的運行參數。其中對照池採用常規進水最優水力負荷為I m/d。(參見環境工程學報，汪貴和、方濤等《分段進水方法對人工快滲系統脫氮效率的影響》)(5)CRI系統分別採用傳統進水方法和上行流進水方法，進水在快滲池C停留I天后，分取進水和出水水樣，測試水樣總氮、氨氮，計算去除率，根據去除率高低得到較優進水方法。
[0042]TN:鹼性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；NH3-N -M氏試劑比色法；
去除率=(進水水質一出水水質)/進水水質XlOO %。
[0043](6)實驗結果與分析
實驗設3個平行，實驗結果表示為平均數土標準誤差(Mean 土 SD)，如下表1所示。
[0044]表1不同進水負荷下對汙染物去除率

【權利要求】
1.一種提高人工滲濾系統脫氮效率的進水方法，其步驟是: (O原汙水收集與前處理:引排溝渠(E)中的原汙水(I)由連接沉澱池(A)的調控閥(D)和汙水泵(2)抽取進入沉澱池(A)，原汙水(I)在沉澱池(A)中去除其中懸浮物及泥沙，同時漂浮植物表面附著的微生物及其本身對營養鹽的吸收，去除部分N、P、BOD及COD ； (2)水位提升:在沉澱池(A)中經預處理的原汙水(I)由汙水泵(3)將水提升至高位槽(B)，儲於高位槽(B)中的水經調控閥(F)在重力作用下直接進入快滲池(C)； (3 )深度處理:高位槽(B )經調控閥(F)控制出水後，進入進水管道(4 )，再經穿孔布水管(5)均勻布水，預處理水在快滲池(C)填料層從底層向表層滲濾，最終由表層出水進入出水管道(6)，將處理後的水排入引排溝渠(E)，達到對汙水深度處理。
2.權利要求1所述的一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置:它包括沉澱池(A)、高位槽(B)、快滲池(C)、調控閥(D)，引排溝渠(E)、調控閥(F)、汙水泵(2)、汙水泵(3)、進水管道(4)、穿孔布水管(5)、出水管道(6)，填料(7)，其特徵在於:沉澱池(A)通過管道上的汙水泵(2)和調控閥(D)與引排溝渠(E)相連，汙水泵(2)與沉澱池(A)相連，出水經汙水泵(3)與高位槽(B)相連,高位槽(B)與進水管道(4)連接,進水管道(4)通過管道上的調控閥(F)與快滲池(C)相連，進水管道(4)與快滲池(C)底端穿孔布水管(5)連接，穿孔布水管(5)與出水管道(6)相連。
3.根據權利要求2所述的一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置，其特徵在於:所述的快滲池(C)為高度為2 m，長寬為I m的水泥池，其中填有吸附填料(7)，填料(7)的深度為1.7 m，填 料層自上至下分五層:上層填充400 mm粒徑為1.5-2 mm的天然河沙，第二層填充500 mm粒徑為2_4 mm天然河沙,第三層填充100 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石，第四層填充400 mm粒徑為4-8 mm的粗砂,第五層填充300 mm粒徑為20-100 mm的鵝卵石。
4.根據權利要求2所述的一種提高人工快速滲濾系統脫氮效率的進水裝置，其特徵在於:所述的穿孔布水管(5)底層為一縱三橫水管，其中一縱管與進水管道(4)連接。
【文檔編號】C02F9/14GK104176882SQ201410393265
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】方濤, 鮑少攀, 汪貴和, 唐巍 申請人:中國科學院水生生物研究所